Utmerkede designforhold i University of Michigans batteriforskningslaboratorium

Utfordringer med laboratoriedesign

Utviklingen av det 700 kvadratmeter store laboratoriet bød på flere unike utfordringer. For det første krevde prosjektet å konvertere et eksisterende rom i andre etasje i en treetasjes bygning til et tørt rom. "Bygningen fungerer som et flerbruks forsknings- og studieanlegg, og laboratoriet skulle installeres i et rom som ble brukt til studiearbeidsområder," sa David Parkman, senior prosjektingeniør hos SCS. "Å installere dette laboratoriet betydde å isolere området fullstendig fra de omkringliggende tilstøtende rommene og gangen." En annen utfordring var at det mekaniske utstyret måtte plasseres på taket og kobles til andre etasje i bygningen uten å forstyrre beboerne i tredje etasje.

Strenge krav til laboratoriedesign

Utstyret måtte også spesifiseres slik at det passet på tilgjengelig takplass og designes for å operere med minimal støy- og visuell påvirkning. Lab-designet tok over ett år, med flere møter for å gå gjennom designkonsepter og detaljer til installasjonsplanen, samt koordinering med en lokal entreprenør for å ordne takplass og bruk av en industrikran for å løfte det mekaniske utstyret på plass. Basert på størrelsen og aktiviteten i rommet ble designforholdene satt til 70°F og ≤ -40°C duggpunkt eller ≤ 0,5 % relativ fuktighet. Å opprettholde disse forholdene var avgjørende, da høyenergiske litiumionbatterier må produseres i omgivelser med mindre enn én prosent relativ fuktighet for å forhindre hydrolyse av elektrolyttsaltet. Lab-personalet ønsket også vinduer i tørkerommet for naturlig lys. Med separasjonen av det mekaniske utstyret på taket og tørkerommet to etasjer nedenfor, må forsyningsluftforholdene fra avfuktingssystemet opprettholdes for å levere nødvendig tørkekapasitet for å kontrollere rommet ved 70°F, ≤ -40°C duggpunkt eller ≤ 0,5 % relativ fuktighet. «Vi måtte imøtekomme laboratoriets behov, men også jobbe rundt andre områder mellom det mekaniske utstyrets plassering og tørkerommet,» sa Parkman. «Derfor måtte både tilluftskanalene og avtrekkskanalene være like damp-tette. «Vi må opprettholde et laboratorium, som er omgitt av rom med 75°F og 60 % relativ fuktighet, på en halv prosent relativ fuktighet,» la Parkman til. «Denne forskjellen gjør tørkerommets integritet kritisk, og vi måtte sikre at hver søm var nøyaktig forseglet.» SCS sikrer at alle prosjektets elementer gjennomføres I andre funksjonelle områder av bygningen var det nødvendig med flere små tilgangsluker i tørkerommet for å justere installasjoner knyttet til disse rommene og andre laboratorier. Disse måtte være pakningsforseglet sammen med rominnkapslingen for å opprettholde forholdene. «Fordi dette rommet ikke var ment å være et tørkerom, og langt mindre et laboratorium, var det behov for flere paneler inne i rommet for å gi tilgang til kontrollventiler og avstengningsbrytere for bygningsinstallasjoner som måtte innarbeides i designet,» sa Less. SCS brukte sin omfattende erfaring til å integrere kvalitetsisolerte paneler og tettet alle skjøter for å gi en damp-tett innkapsling. Alle gjennomføringer for sprinkler, elektrisk strøm og trykkluft ble forseglet med samme kvalitetskontroll som rommet. Lab-personalet kan få tilgang til tørkerommet ved å gå inn og ut gjennom en luftlås for å forhindre fuktinntrenging fra utsiden. Med riktig forsegling krever tørkerommet bare 200 CFM med positivt trykk for å unngå fuktinntrenging som kan påvirke forholdene innvendig. For å oppnå dette kontrollnivået var det nødvendig med mye mekanisk utstyr, inkludert et avansert avfuktingssystem, alle strategisk plassert på bygningens tak. Munters avfuktingssystem leverer Designkriteriene og forventet aktivitet i et tørkerom bestemmer kravene til utstyrets ytelse. For University of Michigan Battery Lab måtte tilluftstemperaturen og fuktigheten være lavere enn designpunktet for å håndtere interne sensible og latente laster fra antall personer i rommet, eventuell avtrekksluft fra arbeidsstasjoner og varmelast fra mennesker, prosessutstyr og lys. «Munters Green PowerPurge desikantsystem ble valgt som hovedkomponent i det mekaniske systemet fordi det er spesielt designet for å møte behovene til avanserte batteriprodusenter som krever lavt duggpunktkontroll, samtidig som det bruker mindre energi enn andre systemer,» sa Jeff Siemasko, Munters salgsdirektør for Nord-Amerika. «Green PowerPurge høyytelses desikantsystem bruker minst mulig energi, og ble utviklet for lav duggpunkt-applikasjoner som kreves av litiumionbatteri-tørkeromsindustrien,» sa Curtis Musall, president for Innovative Air Systems og SCS OEM-kontakt for Munters. Green PowerPurge er energieffektivt fordi enheten fungerer som et energigjenvinningssystem, og samler spillvarme fra den varmeste delen av desikant-hjulet og bruker den til å hjelpe regenereringen. Denne prosessen reduserer energibehovet for reaktivering, samtidig som den senker utløpstemperaturen på prosessluften, noe som reduserer energikostnadene for etterkjøling av luft som leveres til tørkerommet. Labforholdene overgikk forventningene «Green PowerPurge kan enkelt levere duggpunkter på -70°F/-56°C tilluft mens det sparer mellom 25 % og 45 % av kjølekostnadene for tørkerommet og 35 % til 50 % av energikostnadene for desikantreaktivering,» sa Musall. Munters avfuktingssystem kontrollerer duggpunktet effektivt og enhetens kjøling gir første trinn i temperatur- og fuktfjerningsprosessen før endelig tørking via avfukteren for tilluft til tørkerommet. Ifølge Less har forholdene i anlegget faktisk overgått forventningene. «Fuktigheten vår er vanligvis betydelig lavere enn spesifikasjonen,» sa Less. «Vi kan enkelt overvåke forholdene via en digital avlesning utenfor rommet som også er koblet til universitetets bygningsovervåkingssystem.» «Støtten vi fikk fra Curtis og Munters-teamet for å bekrefte designfunksjonene og ytelsen var avgjørende for prosjektets suksess,» sa Parkman. «Munters har levert energieffektive avfuktingssystemer for denne typen applikasjoner i nesten 40 år og har vært vår kilde for disse tørkeromsdesignspesifikasjonene.» «Munters kvalitet og ytelse er i tråd med våre krav i designen av anlegget for å kontrollere disse ekstreme forholdene,» la Parkman til. «Der installasjonen krever full integrasjon, leverte Munters avfuktingssystemet og Innovative Air Systems leverte kjøleutstyret som trengs for å matche tørkerom-/avfuktingssystemets krav.» «Scientific Climate Systems samarbeidet med oss for å sikre at vi fikk nøyaktig den typen laboratorium vi ønsket, og sørget for at vi forstod alle parametrene,» sa Less. «Sammen utviklet vi et fantastisk, verdensklasse rom for kundene våre til å produsere batterier.» Raske fakta om prosjektet Design – 70°Fdb, ≤ -40°C duggpunkt eller ≤ 0,5 % relativ fuktighet Personer – Maksimalt fem (5) i tørkerommet Personell inngang/utgang – 5 per time Avtrekk – 1000 CFM Panelinnkapsling (brannhemmende) – 4” vegger og tak med Unistrut monteringssystem Personelltilgang – Luftsluse 6’ x 8’ Tilgangsluker – Ni (9) 24” x 24” pakningslukkede luker for tilgang til byggets installasjoner Nødutgang – Brannklassifisert dør forseglet mot universitets brannklassifiserte korridorvegger Gjennomføringer og tetting for automatiske brannslukkingssystemer Gulv – Dampsperret tetting og ESD-epoxy sluttbehandling Vinduer – Åtte (8) trippelglass-vinduer i linje med bygningens vinduer Avfukting – Munters IDS-4500 GPP med gassreaktivering, DX kjølekjøler, HEPA-filtrering og elektrisk ettervarme Tilleggsfunksjoner – Oppvarmede snø- og tåkejalousier for vinteren Kontroller (Munters) – Siemens integrert kontrollsystem med HMI-display Tørkeromskontroller – nCompass-kontroller/HMI med grafisk visning av romtemperatur og duggpunkt Romfølere – Vaisala DMT 342 temperatur- og duggpunktsensor Kanalnett – Sveiste tillufts- og avtrekkskanaler med 2” isolasjon fra takmontert avfuktingssystem over 4. etasje ned til tørkerommet i 2. etasje DX kondensatorenheter – En (1) på 25 HP og en (1) på 15 HP